[发明专利]高压氢能做功系统

说明书

本发明涉及一种高压氢能做功系统，包括多个空气换热器和保护罩，以及设置在保护罩内的B1金属储氢材料反应床、B2金属储氢材料反应床、氢气换热器和多个膨胀机。本发明公开的高压氢能做功系统，在B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床内装填金属氢化物，利用金属氢化物吸氢放热和放氢吸热的特性形成冷端，利用室温与该冷端之间的温差并通过做功循环介质，实现膨胀做功，从而带动发电设备发电，充分利用了大自然能量及工业余热，有利于节能减排和创造经济效益。

技术领域

本发明属于能量综合利用技术领域，涉及一种高压氢能做功系统。

背景技术

能源短缺、环境污染、全球气候变化，使开发清洁、高效、安全和可持续发展的能源迫在眉睫，其中氢能正在受到越来越多国家的重视。进入二十一世纪，发动机工业得到了迅速地发展，然而目前汽油机和柴油机依然是发动机的主要选择。汽油和柴油都是不可再生资源，为了减缓石油资源的匮乏所带来的一系列负面影响，以及减少大气污染和发动机尾气排放，需要寻找发动机的代用燃料，而氢能源是目前最理想的清洁燃料。随着世界各国环境保护的措施越来越严格，氢能源发动机由于其节能、低排放等特点成为发动机研究与开发的一个重点，并已经开始商业化。传统的氢能利用大多通过直接燃烧气态氢气获得热能及动能，但气态的氢气不易存储和运输，燃烧所得氢能直接用在动力系统上会产生爆震、不稳定等一系列影响安全使用的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压氢能做功系统，利用金属储氢材料吸氢放热和放氢吸热的特性形成冷端，利用室温与该冷端之间的温差并通过做功循环介质，实现膨胀做功，从而带动发电设备发电，充分利用大自然能量及工业余热，有利于节能减排和创造经济效益。

根据第一方面，本申请实施例提供了一种高压氢能做功系统，包括包括一级空气换热器、二级空气换热器、三级空气换热器、四级空气换热器、五级空气换热器和保护罩，以及设置在保护罩内的B1金属储氢材料反应床、B2金属储氢材料反应床、氢气换热器、一级膨胀机、二级膨胀机、三级膨胀机、四级膨胀机、五级膨胀机和六级膨胀机。

B1金属储氢材料反应床的换热出口经氢气换热器的壳程和一级空气换热器，与一级膨胀机的入口连接；一级膨胀机的出口经二级空气换热器与二级膨胀机的入口连接；二级膨胀机的出口经三级空气换热器与三级膨胀机的入口连接；三级膨胀机的出口经四级空气换热器与四级膨胀机的入口连接；四级膨胀机的出口经五级空气换热器与五级膨胀机的入口连接；五级膨胀机的出口经氢气换热器的管程与六级膨胀机的入口连接；六级膨胀机的出口与B2金属储氢材料反应床的换热进口连接。

B2金属储氢材料反应床的换热出口经液氢双向加压泵与B1金属储氢材料反应床的换热进口连接。B2金属储氢材料反应床的放氢出口经吸放氢循环泵与B1金属储氢材料反应床的吸氢进口连接。

一级膨胀机、二级膨胀机、三级膨胀机、四级膨胀机、五级膨胀机和六级膨胀机的功率输出轴分别与发电机连接。

进一步的，系统还包括金属储氢材料置换装置。B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床通过添加抽出口分别与金属储氢材料置换装置连接。B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床内的金属储氢材料在金属储氢材料置换装置内进行间壁冷量/热量的交换，使得在当前循环中进行吸氢操作的金属储氢材料温度下降，从而为即将切换进行放氢操作做准备。而当前循环中进行放氢操作的金属储氢材料温度上升，为即将切换进行吸氢操作做准备。

进一步的，系统中的做功循环介质为氢气、惰性气体或有机工质。

当选用氢气作为系统的做功循环介质时，B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床分别通过直接换热或间壁换热的方式对做功循环介质进行加热或冷却。